超導微觀理論

超導微觀理論是指從研究電子運動來闡明超導電性的量子理論。理論的成就，促進了實際套用的發展，1957年以後超導材料和超導器件迅速發展，顯示其優越性能，目前在某些領域已經開始進入實用階段。

正文

從研究電子運動來闡明超導電性的量子理論。1911年發現超導電性之後，人們就希望研究清楚發生超導的原因。大量實驗事實證明，超導電性的產生是電子氣狀態的變化所引起的；實驗上還證明，金屬一旦變成超導，則體系的能量要降低。

顯然電子間的庫侖斥力不能導致體系能量的降低；但如電子間有某種吸引作用，則必然導致體系能量的降低。相互吸引作用從何而來這是人們長期研究的問題。W.K.海森伯、M.玻恩和程開甲都曾經嘗試根據量子力學和金屬電子論來對它進行微觀的解釋，但是都未成功。

1950年從實驗中發現了超導臨界溫度的同位素效應，指明導致超導的機制是電子-聲子相互作用，1957年J.巴丁、L.N.庫珀和J.R.施里弗建立了正確的微觀理論，即BCS理論。以後的發展表明，BCS理論能夠解釋大量的超導現象和實驗事實，是一個成功的理論。一個重要的進展，是在1962年B.D.約瑟夫森預言了一種與兩塊超導體間弱耦合有關的效應，不久就得到實驗的證實，而命名為約瑟夫森效應。

BCS理論有兩個基本概念。第一,超導電性的起因是費密面附近的電子之間存在通過交換聲子而發生的吸引作用。第二，由於這種吸引作用，費密面附近的電子兩兩結合成對，叫做庫珀對。

綜上所述，可見理論與實驗基本上是符合的。對於超導微觀理論的基本概念──庫珀對的更直接的實驗支持來自磁通量子（見超導電性）的數值和約瑟夫森效應。理論與實驗也還存在一些差異，這些差異對部分超導體（如Pb、Hg等）特別顯著。對理論作更精細的補充修正，可以使理論與實驗的差異縮小到百分之一左右（見強耦合超導體）。因此，超導微觀理論是固體理論中一個成功的典範。

理論的成就，促進了實際套用的發展，1957年以後超導材料和超導器件迅速發展，顯示其優越性能，目前在某些領域已經開始進入實用階段。

參考書目

J.Bardeen and J.R.Schrieffer,Recent Developme-nts in Superconductivity，Prog.in Low Temp.Phys., Vol.,3,North-Holland, Amsterdam, 1961.

J.Bardeen,蔡建華：《物理學進展》，第1卷，第1期，第1頁，1981。